哈工大機械原理課程設計-沖壓機

Harbin Institute of Technology機械原理課程設計說明書阿課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 分度沖壓機（方案1） 院 系： 機電工程學院 班 級： 1008302 設 計 者： 王威 學 號： 1100800617 指導教師： 劉明 設計時間： 2012.07.2-2.07.08 一、工藝動作分析由設計題目可見，在位置A沖壓工件的是執(zhí)行構件1，帶動鋼帶進給的工作臺是執(zhí)行構件2，這兩個執(zhí)行構件的運動協(xié)調關系如下圖所示。 T1執(zhí)行構件運動情況執(zhí)行構件1下降上升停止執(zhí)行構件2停止進給 T2分度沖壓機運動循環(huán)圖T1是是執(zhí)行構件1的工作周期， T2是執(zhí)行構件2的工作周期，執(zhí)行構件1是間歇往復移動，執(zhí)行構件2是間歇轉動。執(zhí)行構件2的周期是執(zhí)行構件1的四分之一，執(zhí)行構件2大多數時間是在停歇狀態(tài)。二、運動功能分析驅動執(zhí)行構件1工作的執(zhí)行機構應該具有的運動功能如圖1所示。運動功能單元把一個連續(xù)的單向傳動轉換為間歇的往復運動，主動件每轉動一周，從動件（執(zhí)行構件1）間歇往復運動一次，主動件轉速分別為18、28、40轉/分。圖1執(zhí)行機構1的運動功能由于電動機的轉速為1430轉/分，為了在執(zhí)行機構1的主動件上分別的到18、28、40 rpm的轉速，則由電動機到執(zhí)行機構1之間的總傳動比有3種，分別為總傳動比由定傳動比和變傳動比兩部分構成，即：3種總傳動比中最大，最小。由于定傳動比是常數，因此，3種變傳動比中最大，最小。采用滑移齒輪變速，其最大傳動比最好不大于4，設定傳動比iv1=4。定傳動比： 于是，傳動系統(tǒng)的有級變速功能單元如圖2所示。圖2有級變速運動功能單元為了保證系統(tǒng)過載時不至于損壞，在電動機和傳動系統(tǒng)之間加一個過載保護環(huán)節(jié)。過載保護運動功能單元可采用帶傳動實現，這樣，該運動功能單元不僅具有過載保護功能還具有減速功能，如圖3所示。圖3 過載保護運動功能單元整個傳動系統(tǒng)僅靠過載保護運動功能單元不能實現其全部定傳動比，因此，在傳動系統(tǒng)中還要另加減速運動功能單元，其減速比為減速運動功能單元如圖4所示。圖4 減速運動功能單元根據上述運動功能分析，可以得到實現執(zhí)行構件1運動的運動功能系統(tǒng)圖，如圖5所示。執(zhí)行構件11430rpm 圖5 實現執(zhí)行構件1運動的運動功能系統(tǒng)圖為了使用統(tǒng)一原動機驅動執(zhí)行構件2，應該在圖5所示的運動功能系統(tǒng)圖中加一運動分支功能單元，其運動分支驅動執(zhí)行構件2，該運動分支功能單元如圖6所示。圖6運動分支功能單元由于執(zhí)行構件2是間歇運動，且由圖1可以看出執(zhí)行構件2的間歇時間是工作周期T的3/4，即其運動時間是其工作周期T的1/4。因此，間歇運動功能單的運動系數為間歇運動功能單元如圖7所示圖7 間歇運動功能單元由于執(zhí)行構件2鋼帶的每次送料長度為300mm，故，恒轉速轉動鋼帶無法使進給定長度保持在300mm，故設計成：橡膠輪壓動鋼帶使鋼帶進給的方法，考慮到橡膠輪的半徑，將半徑定在，故需要將間歇轉動增速，增速運動功能單元如圖8所示：圖8 增速運動功能單元增速運動功能單元輸出的運動驅動執(zhí)行機構2實現執(zhí)行構件2的運動功能。由于執(zhí)行構件2做間歇轉動運動，因此，執(zhí)行構件2的運動功能是把連續(xù)轉動轉換為歇轉動運動。根據上述分析，可以畫出整個系統(tǒng)的運動功能系統(tǒng)圖，如圖9所示。1430rpm 執(zhí)行構件2執(zhí)行構件11 2 3 4 5 6 7 8圖9沖壓機的運動功能系統(tǒng)圖三、系統(tǒng)運動方案擬定根據圖9所示的運動功能系統(tǒng)圖，選擇適當的機構替代運動功能系統(tǒng)圖中的各個運動功能單元，便可擬定出機械系統(tǒng)運動方案。圖9中的運動功能單元1是原動機。根據分度沖壓機的工作要求，可以選擇電動機作為原動機，如圖10所示。 1圖10 電動機替代運動功能單元1圖9中的運動功能單元2是過載保護功能單元兼具減速功能，可以選擇帶傳動代替，如圖11所示。2圖11 皮帶傳動替代運動功能單元2圖9中的運動功能單元3是有級變速功能，可以選擇滑移齒輪變速傳動代替，如圖12所示。 3圖12 滑移齒輪變速替代運動功能單元3圖9中的運動功能單元4是減速功能，考慮到i=7.944比較大，故可以選擇二級齒輪傳動代替，如圖13所示。i=7.9444 圖13行星輪傳動代替運動功能單元4圖9中的運動功能單元5，6,是運動分支功能單元和執(zhí)行構件1的間歇直線運動，可以用凸輪替代，如圖14所示。56圖14 凸輪機構代替運動單元5,6圖9中的運動功能單元7是把連續(xù)轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元，可以用槽輪機構替代。該運動功能單元的運動系數為，該槽輪機構如圖15所示。7圖15 槽輪機構替代連續(xù)轉動轉換為間歇轉動的運動功能單元7圖9中的運動功能單元8是增速運動功能單元，可以用圓柱齒輪傳動替代，完成執(zhí)行構件2（橡膠輪）的間歇轉動，如圖16所示。圖16 圓柱齒輪傳動替代增速運動功能單元8根據以上分析，按照圖9各個運動功能單元連接的順序把各個運動功能單元的替代機構以此鏈接便形成了分度沖壓機的運動方案簡圖（見A3圖紙）。變速機構簡圖如圖17圖17變速機構簡圖四、系統(tǒng)運動方案設計1、執(zhí)行構件1的設計執(zhí)行機構1驅動執(zhí)行構件1運動，執(zhí)行構件1由凸輪帶動沖頭做上下往復間歇直線運動。由題目可知，沖頭行程200mm，為使沖頭沖壓工件時具有較大的沖量，應采用高速運動，選擇正弦加速度運動規(guī)律，同時沖頭上升時為了避免較大的沖量，故速度應較低，選擇等速運動規(guī)律.由于升程速度要比回程速度快，且無遠休止角，暫設升程運動角為120o回程運動角為150o，則近休止角為90o。升程時許用壓力角較小，取30o，回程許用壓力角取60o。故執(zhí)行構件1的凸輪機構的原始參數如下:升程200mm升程運動角120升程運動規(guī)律：正弦加速度升程許用壓力角30回程運動角150回程運動規(guī)律：等速回程許用壓力角60近休止角90凸輪偏心距e=70.12mm，基圓半徑r0=140.2mm升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運動規(guī)律：（） 近休止：（）S=0V=0a-0故由此可確定凸輪輪廓方程：凸輪輪廓方程： () （）用matlab繪制凸輪的輪廓如圖18 圖18 凸輪的輪廓2、槽輪機構設計1) 確定槽輪槽數在撥盤圓銷數k=1時，槽輪槽數z=4，該槽輪的各尺寸關系如圖19所示圖19 槽輪機構幾何尺寸關系2) 槽輪槽間角 由圖20可知槽輪的槽間角為3) 槽輪每次轉位時撥盤的轉角4) 中心距槽輪機構的中心距應該根據具體結構確定，在結構尚不明確的情況下暫定為 5) 撥盤圓銷回轉半徑6) 槽輪半徑7) 鎖止弧張角8) 圓銷半徑圓整9) 槽輪槽深10) 鎖止弧半徑取 4、滑移齒輪傳動設計1) 確定齒輪齒數結構簡圖圖12中齒輪5、6、7、8、9、10組成了滑移齒輪有級變速運動功能單元，其齒數分別為z5、z6、z7、z8、z9、z10。由前面的分析可知按最小不跟切齒數取則為改善傳動性能應使相互嚙合的齒輪齒數互為質數，故取其齒數和為可取另外兩對嚙合齒輪的齒數和應該大致相同為了更接近于所要求的傳動比，可取2) 計算齒輪幾何尺寸齒輪7、8的齒數，齒輪9、10的齒數和齒輪5、6的齒數和相等，即 若取齒輪模數為m=2mm，則這兩對齒輪的標準中心距相同這三對齒輪互為標準傳動，其幾何尺寸可按標準齒輪計算。5、齒輪傳動設計1）圓柱齒輪傳動設計 運動功能單元4，二級減速輪：由結構簡圖可知，齒輪11、12、13，14實現圖9中的運動功能4的減速運動功能，它所實現的傳動比為7.944。齒輪11,12大于最小不根切齒數：取故齒輪11,12,13,14均為標準齒輪，取模數m=2mm。 運動功能單元9，增速齒輪：i=4 取z18=17，z17=17*4=68取 取模數為2mm，全部按標準齒輪傳動設計。五、機械系統(tǒng)運動分析帶動鋼帶伸出的橡膠輪半徑，為逆時針轉動，通過機構運動簡圖的分析，發(fā)動機為順時針轉動，通過齒輪組的變速，凸輪和槽輪撥盤為逆時針轉動，槽輪又通過一個增速齒輪組，實現橡膠輪的逆時針轉動，周期與沖頭相同。沖頭初始位置為凸輪升程起始位置，槽輪初始位置為如A3圖所示位置。1）執(zhí)行構件1運動分析沖頭升程、回程運動方程及推桿位移、速度、加速度線圖：升程采用正弦加速度規(guī)律：（） 回程采用等速運動規(guī)律：（） 近休止：（）S=0V=0a-0沖頭位移線圖，如圖20。圖20 沖頭位移線圖沖頭速度線圖，如圖21。圖21 沖頭速度線圖沖頭加速度線圖，如圖22圖22沖頭加速度線圖